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EtherCAT介紹

EtherCAT，作為一個可用于現場級的超高速IO網絡，由德國Beckhoff公司開發。EtherCAT使用標準的以太網物理層和常規的以太網卡，作為基于EtherNet的可實現實時控制的開放式網絡，EtherCAT系統可擴展只65535個從站規模。

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EtherCAT工業以太網的主要特點

完全符合以太網標準：對于普通以太網相關的技術都可以應用在EtherCAT網絡中，如傳統的以太網卡、交換機和路由器等。

支持多種拓撲結構，如傳統的環形、星型、樹形等。

高效率、刷新周期短：EtherCAT可達到小于100us的網絡刷新周期，有效數據率可達90%。

同步性能好：EtherCAT的分布式時鐘（DC時鐘）可使得各個從站節點間的同步精度能夠遠小于１us。

擁有多種應用層協議接口，支持多種工業設備行規。

COE：CANopen over EtherCAT（EtherCAT協議在應用層支持CANopen協議，因此支持CANopen協議的從站可以被運用在EtherCAT協議上）

SOE：SERCOE over EtherCAT（SERCOS是世界首個應用于伺服控制的協議。EtherCAT協議在應用層接口上兼容了這個協議，簡稱為SOE。SERCOS應用層協議為主站設計了信息接口，可以通過配置EtherCAT過程數據報文，實現周期性傳遞伺服驅動器的數據。）

EOE：Ethernet over EtherCAT（該協議支持EtherCAT能分段傳遞標準的以太網數據報文，使得EtherCAT協議同樣能支持TCP/IP、UDP/IP協議。）

FOE：File over EtherCAT（該協議可以使用EtherCAT總線上傳、下載固件，刷新從站的固件）

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EtherCTA的運行原理

相比較傳統以太網解決方案，EtherCAT無需接收以太網數據包，再將其解碼，之后再將過程數據復制到各個設備。EtherCAT從站設備只在報文經過其節點時讀取相應的編碼數據，同樣，輸入數據也是在報文經過時插入至報文中，對于整個過程來說，報文也僅有幾納秒的時間延遲。

EtherCAT主站發送一個報文，報文經過所有節點，EtherCAT從站設備高速動態地（on the fly）讀取尋址到該節點的數據，并在數據幀繼續傳輸的同時插入數據，這樣，數據幀的傳輸只取決于硬件傳輸延時，當某一網段或分支上的最后一個節點檢測到開放端口（無下一個從站）時，利用以太網技術的全雙工特性，將報文返回給主站。

由于發送和接收的以太網幀壓縮了大量的設備數據，所以有效數據可達90%以上，尤其對于百兆全雙工物理網卡設備來說，它的實時性能更是能得到極大的釋放。

EtherCAT采用主從結構進行訪問控制，通信關系始終由主站發起。主站使用標準的以太網接口，從站使用專門的ETherCAT從站控制器ESC(Ethercat Slave Controller)芯片來處理子報文。

整個EtherCAT網絡形成一個環狀，主站向各個從站發送EtherCAT以太網幀，該幀的數據區包含了多個ETherCAT子報文。這些子報文包含地址信息，用于定位每個從站，主站通過這些子報文與每個從站進行交互。每個從站ESC可以從數據幀中提取或插入數據。